Influence de traitements thermo-mécaniques sur les performancesen fluage et en fatigue d’aciers martensitiques à 9 %Cr

Abstract

Le développement des réacteurs nucléaires de génération IV et des réacteurs à fusionnucléaire requiert l’utilisation de matériaux possédant de bonnes propriétés mécaniquesau-delà de 550 °C. En service, ces matériaux seront soumis à du fluage à haute températurecouplé à des sollicitations cycliques de fatigue. Les aciers martensitiques à 9–12 % Crsont pressentis pour ces applications; cependant leur comportement en fatigue etfatigue-fluage à haute température est encore insuffisant : la microstructuremartensitique grossit et l’acier s’adoucit rapidement. Afin de stabiliser samicrostructure, l’acier commercial P91 a subi un traitement thermo-mécanique incluant dulaminage à 600 °C suivi d’un revenu d’une heure à 700 °C. Les observationsmicrostructurales confirment que le traitement thermo-mécanique a conduit à une martensiteplus fine, émaillée de nombreux et fins précipités de type MX. Les divers essaismécaniques réalisés prouvent que ces changements ont un effet positif sur les propriétésde l’acier : sa dureté est plus élevée de 100 Hv par rapport à l’acier P91 à réception, etsa limite d’élasticité conventionnelle est supérieure de 430 MPa à 20 °C et de 220 MPa à550 °C. La durée de vie du P91 optimisé en fluage à 650 °C sous 120 MPa est plus de 14fois supérieure à celle du P91; et l’essai de fatigue à 650 °C et 0,7 % de déformationtotale montre un adoucissement légèrement moins rapide.